《教育》杂志封面人物刘应书：“分离”成就希望
在世界海拔最高的风火山隧道施工过程中，铁路工程技术人员创造了无一人死亡、无一等级事故、高原病发病率最低的世界纪录。这一奇迹是由北京科技大学和中铁建二十局的工程技术人员共同创造的，其技术带头人就是北科大博士生导师刘应书教授。
分离成就希望 记北京科技大学刘应书教授
智慧、聪明、精力过人种种赞誉之词用在他身上都不为过，但又不是最为贴切。他为人朴实，感情真挚。他对祖国、对人民最纯朴的爱，融汇在扎实的科研工作中，把人们称为固执的秉性，变为咬定青山不放松的钻研精神。他就是北京科技大学机械工程学院刘应书教授。
在刚刚过去的2008年度国家科学技术大会上，刘应书领导的课题组参加完成的青藏铁路项目获国家科技进步特等奖。喜讯将我们引入了刘应书的办公室，走进了他那神奇的创新世界。
天路英雄
2006年7月从青藏铁路建设总指挥部传来消息：在青藏铁路建设全线的高原生命禁区内，也就是世界铁路建设史上海拔最高的风火山隧道施工过程中，我国成功研制和应用了高海拔变压吸附制氧供氧技术，中国铁路工程技术人员创造了无一人死亡、无一等级事故、高原病发病率最低的世界纪录。这一奇迹是由北京科技大学和中铁建二十局的工程技术人员共同创造的，技术带头人就是北科大博士生导师刘应书教授。
在世界海拔最高的青藏高原修建的青藏铁路，其中最为艰苦的莫过于被称为生命禁区的当属位于昆仑山至唐古拉山之间的风火山隧道，其垭口海拔为5010米，气压低，空气稀薄，含氧量仅为内陆平原的50%，天气变化无常，温差常达50余摄氏度。六月雪，七月冰，一年四季分不清是风火山的真实写照。就是在这几乎不可能生存的地带，还要进行最为艰苦的铁路施工，其艰难可想而知。
在这里要修建的风火山隧道，全长1338米，是世界上海拔最高的隧道，也是青藏铁路建设的重点和控制工程。在5000米高原上行走就像正常人担了上百斤的担子在平路上走动，到了晚上，由于缺氧几乎无法合眼，睡不成一个完整的觉。这是在风火山施工的工人和技术人员的普遍感受。隧道施工粉尘多，大型燃料由机械装载，运输设备耗氧大，局部通风效果差，工人施工环境含氧更少。
刘应书长期从事气体分离与净化技术的研究。当他从中铁二十局了解到风火山施工工人和技术人员由于严重缺氧夜间无法入睡，白天食欲大减，体力不支，健康和生命安全面临极大威胁时，心情无比沉重。他深知当年为发展青藏高原经济，有数千英雄长眠在青藏公路两侧，科技发展到今天，再不能以牺牲工人的生命为代价来换取铁路的延伸。带着这种强烈的使命感，刘应书接下了攻克建立世界第一高原制氧站难题的战书。
2001年7月，刘应书带领课题组人员，开始了高海拔变压吸附制氧的研究工作。在海拔4000米以上的高原地区就地制氧在世界范围内几乎没有文献可供参考，更无技术可供借鉴。实地调查了解到铁路建设单位购置的先进国家的小制氧机真正上山后也不能正常工作，氧浓度只有30%左右。此时再建立模拟高原条件的实验室，条件和时间都不允许。看来，问题的解决只能靠自己现场进一步开发研制，没有其他途径可走。于是，刘应书带着课题组人员自己研制出高原制氧试验装置，冒着损害健康和危及生命的危险从西宁出发，途经格尔木、纳赤台、西大滩，翻越昆仑山，跨过不冻泉，深入可可西里腹地五道梁、北麓河，直至风火山，摆开了战场。沿途他们气喘吁吁地搬运制氧装置和各种测试设备，反复测试气压气温，氧气流量浓度以及试验设备运行参数，采集各种数据，探讨高海拔对制氧的影响，寻找高原制氧的规律。
在掌握了宝贵的高原制氧的第一手技术资料后，刘应书带领由北京科技大学和中铁二十局组成的现场科技攻关组，开始了大型高原制氧机和高原隧道施工供氧的研制工作。他们夜以继日地一边进行方案论证、工程设计、设备制造以及安装调试，一边对隧道施工现场供氧状况进行反复试验，克服了常人难以想象的生活和工作困难。历时四个多月，刘应书一直坚持在科研第一线，前前后后上青藏高原及风火山20余次。
2001年11月28日，经过了2000多次试验，大型高原制氧机以及隧道掌子面弥散供氧装置和隧道氧吧车诞生了。一条特殊管道和弥散装置把氧气送到了施工掌子面，提高了局部氧浓度，相当于把海拔下降了1500米。特制的隧道氧吧车推进了坑道，施工现场的工人随时都可以吸氧，隧道工程进度提高了3倍。2001年冬季，中铁二十局风火山隧道掘进是整个青藏铁路工程唯一不停工的一家。全长1396米的风火山隧道采用了两台大型制氧机，氧气从隧道的两个洞口源源不断的输送进去，大量的氧气直接弥漫在工作面上，在世界第一高隧道中形成一个氧气浓烈的地带。一座高原医用氧站兀立在世界屋脊上，天下无双!
铁道部原副部长孙永福院士在中国重大工程成就论坛上这样评价：这一成果已在全线得到推广采用，使过去仅在急救时使用的氧气，成为高原铁路建设人员必备的劳保品，为大规模开展高原建设人员供氧提供了完整的成套经验。
2002年，刘应书的这项技术入选国家教育部科学技术委员会的2002年度中国高校十大科技创新进展项目。
国家的工程建设，施工人员的生命健康得到了保证，而刘应书的个人健康却受到了很大损害，落下了心慌胸闷、盗汗失眠的病根。一旦讲话时间长了，他就不时大喘一口气，嘴唇呈现出绛紫色，那是一种心室缺氧、受损的典型病症，直到现在还没有完全恢复。
但面对着生命禁区的严酷，他依然高歌： 昼捧红日夜踩星，世界屋脊筑长虹。 宿冰餐风抗缺氧，当代愚公胜天神。 雪域冻土路基稳，风火山中任穿行。 古今中外数风流，唯我高原天路雄。
与氧、煤结缘
1960年，刘应书出生于湖南农村。靠着湖南人的干练和吃苦耐劳的精神，从小好学的他于1978年考入中国矿业大学学习力学，1982年本科毕业后他又考取了北京理工大学的导弹发射技术硕士研究生。毕业后，他被分配到冶金建筑科技大学从事教学工作。6年的工作丰富了他的实践经验。1991年他继续深造，来到北京科技大学热能系读博士研究生，接着又到冶金学院做博士后，师从高仲龙和杨天钧教授从事高炉富氧喷煤技术的研究，从此他与煤和氧结下了不解之缘。
在开展高炉富氧喷媒的研究中，刘应书认识到，随着高炉喷煤量的提高，高炉所需的氧气量就要加大。为高炉喷煤提供专用的制氧技术和制氧设备将成为重要的研究课题。煤的燃烧离不开氧气，喷煤就必须添氧。所谓富氧喷煤技术，关键两个字就在煤和氧上。从此刘应书的科研创新道路再也没有离开过煤和氧这两个字。从1991-1996年，刘应书在杨天钧教授等老师的指导下，参加了有关高炉富氧大喷吹的国家八五、九五攻关项目。1998年高炉富氧喷煤成果获得国家科技进步三等奖。2002年，刘应书和金龙哲教授受潞安矿业集团的委托，开展了高炉喷吹贫煤、贫瘦煤的研究，成功地将这种低价值的动力煤开发成为高价值高炉喷吹用煤。既为煤炭企业创造了巨大的经济效益，又为高炉喷煤开辟了优质稳定的煤源。该成果被评为中国煤炭工业十大科技成果，获得2007年国家科技进步二等奖。刘应书与人合作的有关专著《高炉富氧喷煤技术氧煤混合与燃烧》、《贫煤、贫瘦煤高炉喷吹技术开发与应用》也相继出版。
制氧微型化
高炉富氧喷煤技术取得的重大成就，鼓励着刘应书，也引发他更大的兴趣和进一步的思考：如何将这一技术扩大到民用产品，让其造福于民?经过一段时间的探索，刘应书和他的课题组在小型变压吸附制氧、高原变压吸附制氧理论和实验研究的基础上，成功开发了小型医用保健制氧机、家用空气调节制氧机、车载小型制氧机等系列制氧设备和高原制氧成套技术。
机会总是眷顾有所准备的人。2003年，一场袭卷全国的非典给我们带来灾难的同时，也给刘应书的科研带来了机遇。
氧气是SARS患者医疗所必须的重要物资，让SARS患者及时呼吸足够的氧气，可以显著降低病死率。据临床统计，SARS患者每人每天所需氧气多达1.5瓶。而当时为SARS患者供应氧气的方法是医院集中供氧系统供氧或者氧气瓶供氧。这两种供氧方法在SARS这种传染性极强的新型毒种治疗中都存在交叉传染的严重问题。对于集中供氧系统来说，SARS患者使用过程中可以导致病毒污染供氧系统，使病毒从隔离病房蔓延至其他病房，导致可怕的灾难;对于瓶氧系统来说，氧气瓶的频繁更换和反复使用，即使在消毒的条件下，也存在病毒在更大范围和人群中传播的巨大隐患。另一方面，对于不能集中收治的患者，以及农村和偏远地区，氧气供应也很不方便。
为了解决SARS患者安全用氧的问题，刘应书提出了微型制氧的思想，研制单独使用的个人供氧器。
个人用氧的小型富氧装置研究，国内外尚处于初步阶段。制氧的方法主要有深冷法、变压吸附法、膜隔离法、水电解法和化学法。深冷法适用于大规模工业制氧，而膜隔离法目前制氧浓度不能超过50%。化学方法制氧消耗制氧剂，不能连续供氧，且伴生易燃气体氢气，不能长时间工作。所以，这些制氧方法都不能满足SARS患者个人吸氧的微型制氧要求。因此，另辟蹊径，利用制氧新技术尽快研制原料丰富、设备简单、成本低廉的个人用氧装置，在当时防治非典的严峻形势下显得非常必要和极为迫切。
刘应书的研究工作表明，可以满足SARS患者连续供氧，又具有微型化可能性，能够形成个人用氧装置的方法是变压吸附制氧方法。
变压吸附制氧是应用分子筛的物理吸附原理，以空气为原料，在患者身边将空气中的氧分离出来，获得高纯度医用氧气。这种制氧机，以无公害的形式产生氧气，只要有电和空气，便可源源不断地提供浓度达99%的新鲜氧气，制氧设备与制氧过程都与病房外不发生联系，可以彻底消除SARS病毒传播的隐患。进行微型化后，可以降低设备成本和使用成本，成为便携式产品，完全满足SARS患者个人以及农村、隔离室、观留室等供氧不方便的地方的用氧要求。
刘应书创新地从分子筛吸附的基本原理出发，以实现变压吸附制氧微型化的目标，开展变压吸附制氧微型化理论研究。重点研究微型化原理流程、微型化流程中反吹气量的影响规律以及吸附器结构与产品气浓度和产量的关系等理论问题。从理论上揭示变压吸附系统微型化后的流程特征以及重要参数的影响规律，研制出了SARS患者要求的个人用氧设备。课题成功地申报了国家自然科学基金应急资助项目。
分离成就希望
科研，贵在创新;选题，重在理论联系实际。基于气体分离理论与技术，目前刘应书的科研主要集中在三个方面：生命保障气氛，工业废气资源开发利用和能源气体开发。不难看出，这三方面的研究，都与国计民生休戚相关。
在生命保障气氛方面，他着重开展了三个方面的研究：一是高海拔制氧技术的完善和深化，结合各类飞行器机载制氧和高原重大工程建设项目的需要，集中研究在时空范围内动态变压吸附制氧理论和技术;二是结合建筑节能和环境增氧的需要，开展相对封闭环境制氧供氧技术研究开发，该技术已经用于九寨沟黄龙机场候机楼供氧等工程;三是封闭舱室内空气循环净化，去除二氧化碳以及其他微量有害气体。
工业废气资源开发利用是刘应书的第二个研究方向。截止2008年，他的工业废气CO2减排、资源化(用CO2做塑料)课题已被先后列为广东佛山市产学研项目，广东省产学研项目以及广东省科技重大专项。
在能源气体开发方面，刘应书开展了两个方向的研究：一是生物甲烷提纯。这是一项利国利民的非常有意义的工作。我们知道，湖泊中的水生植物、人体排泄物、秸秆等都可以制沼，中国一年大约有900亿立方米的沼气资源，沼气中约有65%的成分是甲烷，将沼气中的甲烷提纯到96%以上，即成为洁净的高品质燃料天然气。刘应书在能源气体开发的另一方向是低浓度瓦斯提纯。瓦斯排放在大气中，产生的温室效应是CO2上的7倍，但收集起来确是很好的能源。因此，瓦斯提纯项目的研究既有环保效益，又有经济效益。目前能源气体开发项目已与有关单位开展了合作，进展顺利。
谈到多年的科研体会，刘应书说，搞科研要选对方向，要结合国计民生中的重大问题去考虑，去选择。要有毅力，要坐得住冷板凳，只有静下心来，才能踏踏实实做一些实事，集中力量去解决一些问题。
要想把科研搞好，就要学会放弃很多东西，做科研的人心态一定要放平，放低。这是刘应书挂在嘴边的话。
在世人眼中，今年48岁的刘应书应该是功成名就了：主持和参加重大攻关课题、省部级课题、新技术开发等50余项，发表学术论文100余篇，出版专著2部，获国家专利项15项，国际先进以上科技成果鉴定6项，获得国家及省部级科技奖励17项，获得北京科技大学突出成就奖、建龙教学奖等奖利多项。而这一切在刘应书的眼中，都只是他人生的一个又一个新的起点。在他的人生字典里似乎没有满足二字，有的是不懈追求，不断创新。
人物小传
刘应书，教授，博士生导师，享受国务院特殊津贴。1982年毕业于中国矿业大学数力系，获理学学士学位，1985毕业于北京理工大学飞行器工程系，获工学硕士学位，1994年毕业于北京科技大学热能系，获工学博士学位。北京科技大学冶金学博士后，加拿大滑铁卢大学高级访问学者。现任北京科技大学气体分离工程研究所所长，中国工业气体工业协会专家委员会委员，中国气体分离设备行业协会理事，《中国气体》、《低温与特气》、《气体分离设备》、《气体分离》、《医用工程》等杂志编委。
主要从事气体资源开发与综合利用研究开发，涉及气体分离、人工环境、新能源与环保等领域。主持和参加国家重大科技攻关课题、国家自然科学资金课题、国防科工委重点课题等50余项，发表学术论文120余篇，出版专著2部，国家专利20项，国际领先、国际先进科技成果鉴定6项。获国家及省部级以上科技成果奖励18项，其中国家科技进步特等奖1项，二等奖1项，省部级特等奖1项、一等奖5项。2项成果分别入选2002年中国高等院校十大科技进展、2003年中国煤炭工业十大科技成果。
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